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Flüssigkeitsanlaßwiderstand für Wechselstrom Zum Anlassen und zum
Steuern elektrischer Maschinen werden veränderbare Widerstände, sogenannte Anlaßwiderstände,
großer Leistung benötigt. Dies ist vor allem der Fall bei Drehstrommotoren mit Schleifringläufern,
wenn die Läuferleistung nicht rationell in Hintermaschinen verwertbar ist, z. B.
weil häufige Änderungen der Drehzahl erforderlich sind. Besonders gilt dies bei
Drehstromfördermaschinen und Haspeln. Große Leistungen sind auch beim Abbremsen
von Wasserkraftgeneratoren in Wärme umzusetzen, wofür ebenfalls veränderbare Widerstände
großer Leistung benötigt werden. Solche Widerstände werden meist als Flüssigkeitsanlaßwiderstände,
z. B. mit Sodalösung als Elektrolyt, hergestellt. Flüssigkeitsanlaßwiderstände besitzen
eine hohe Wärmekapazität und sind unter Last ohne Stufenschalter einfach und stetig
zu verändern.
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Nachteilig ist bei den bekannten Flüssigkeitsanlaßwiderständen die
meist erforderliche Isolierung des Kessels für den Elektrolyten gegen Berührungsspannungen
und die Sternpunktelektrode bei dreiphasigen Flüssigkeitswiderständen. Zudem hat
die Widerstandsänderung durch Verändern des den Stromfluß im Elektrolyten führenden
Flüssigkeitsquerschnittes eine ungleiche Energiekonzentration pro Volumeneinheit
des Elektrolyten zur Folge, die eine lokale Überhitzung bewirkt.
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Es sind bereits Flüssigkeitswiderstände bekannt, derenElektroden in
diese eng umschließendenIsolierhüllen senkrecht von oben in den Elektrolyten eingeführt
sind. Die im Elektrolyten aus den engen Isolierhüllen herausragenden freien Elektrodenenden
sind von weiteren, ebenfalls senkrecht stehenden und ganz vom Elektrolyten bedeckten
Isolierrohren konzentrisch umschlossen, so daß der Elektrolyt in den äußeren Isolierrohren
zirkulieren kann.
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Der bekannte Flüssigkeitswiderstand erlaubt auch eine gewisse Widerstandsänderung
durch senkrechtes Verschieben der Elektroden (einschließlich deren Isolierhüllen)
oder durch verschiedene Durchmesser der äußeren Isolierröhren.
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Der neue Flüssigkeitsanlaßwiderstand für Wechselstrom sieht ebenfalls
senkrecht von oben in den Elektrolyten eintauchende Elektroden vor, die auf isolierenden
Trägern symmetrisch um eine gemeinsame Mittelachse angeordnet und von je einem konzentrischen,
in den Elektrolyten eintauchenden Isolierstoffzylinder umschlossen sind. Der neue
Flüssigkeitsanlaßwiderstand erzielt jedoch mit nur einem Isolierstoffzylinder pro
Elektrode einen einfacheren Aufbau und eine bessere Einstellbarkeit des Widerstandes.
Darüber hinaus sind die Elektroden fest in den Anlasserkessel eingebaut, während
bei dem bekannten Flüssigkeitswiderstand zur Widerstandsänderung bewegliche Elektroden,
Elektrodendurchführungen und Stromzuführungen benötigt werden. Die Erfindung besteht
darin, daß die Isolierstoffzylinder zur Widerstandsänderung senkrecht verschiebbar
sind.
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Durch die parallel zu den Elektroden in senkrechter Richtung verschiebbaren
Isolierstoffzylinder steht für den Strom immer der definierte Querschnitt der Elektrolytflüssigkeit
innerhalb der Isolierstoffzylinder zur Verfügung. Zur Erhöhung des Widerstandes
werden die Isolierstoffzylinder von oben in den Elektrolyten eingeführt, wodurch
sich die Länge der Flüssigkeitssäule in den Isolierstoffzylindern erhöht. Da sich
der Widerstand - zumindest bei tief eingetauchten Isolierstoffzylindern - im wesentlichen
auf die Elektrolytflüssigkeit innerhalb der Isolierstoffzylinder konzentriert, steigt
mit wachsendem Widerstand annähernd proportional das Volumen des als Widerstand
wirkenden Elektrolyten. Wird der Strom während der Widerstandsänderung konstant
gehalten, was bei großen Maschinen zur Konstanthaltung des Drehmomentes erforderlich
ist, so bleibt auch die Energiedichte in der Volumeneinheit des Elektrolyten konstant
und eine örtliche Überhitzung kann nicht eintreten. Da fast die gesamte Wärme in
der Elektrolytflüssigkeit innerhalb der Isolierstoffzylinder erzeugt wird, ist durch
eine hier eingreifende Kühleinrichtung eine direkte Wärmeabfuhr zu erzielen. Es
wird nicht die gesamte Elektrolytfiüssigkeit erhitzt und zur Wärmeabfuhr herangezogen,
sondern nur ein eng begrenztes und in seiner Größe bekanntes Flüssigkeitsvolumen.
Die übrige Flüssigkeit bleibt praktisch in Reserve.
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Durch Ausbildung der Träger für die Anlasserelektroden als Rohre wird
in einer Ausgestaltung der Erfiindung die Wärme an der Stelle abgenommen, wo sie
entsteht. Auf diese Weise kann ein Wärmeaustauscher
zur Verlustwärmeverwertung
oder eine Kühleinrichtung mit einem gleichmäßig hoch erhitzten Elektrolyten beschickt
werden, was zusammen mit einem in die Rohrleitung eingeschalteten temperaturabhängigen
Ventil (Thermostat) eine wirksame Ausnutzung der Kühleinrichtung sowie gute Wärmeverwertung,
etwa für Heizzwecke, gewährleistet.
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Zur näheren Erläuterung des neuen Flüssigkeitsanlaßwiderstandes wird
auf die Zeichnung (F i g. 1 und 2) verwiesen, in der eine dreiphasige Ausführung
in Draufsicht und im Schnitt schematisch dargestellt ist. Der Anlasserkessel 1 ist
mit dem Elektrolyten 2, z. B. einer Sodalösung, gefüllt. Die drei symmetrisch zu
einer Mittelachse angeordneten Elektroden 3 sind von je einem Isolierstoffzylinder
4 umgeben. Die Isolierstoffzylinder 4 sind mit einem Stellglied 6 zusammengebaut,
das mit einer nicht dargestellten Stelleinrichtung zur Veränderung des Widerstandes
in Verbindung steht. Diese Steheinrichtung steuert beispielsweise unter Zwischenschaltung
eines elektrischen oder hydraulischen Kraftverstärkers den Widerstand für konstanten
Läuferstrom der zu steuernden Drehstrommaschine.
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An die Elektroden 3 sind über die. nach oben aus den Isolierstofizylindern
4 herausgeführten Anschluß-Leitungen 5 die Schleifringe der zu steuernden Drehstrommaschine
angeschlossen. Die als Rohre ausgebildeten Träger 7 für die Elektroden 3 dienen
gleichzeitig zur Abführung des erhitzten Elektrolyten. Zur Erzielung eines geringen
Strömungswiderstandes sind die Elektroden 3 mit in Strömungsrichtung stehenden Lamellen
versehen. Die heiße Elektrolytflüssigkeit gelangt durch die Rohre 7 zu einem Kühler
oder Wärmeaustauscher 8 und wird von dort aus durch eine Pumpe 9 in den Anlasserkessel
1 zurückgefördert.
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Da Flüssigkeitsanlaßwiderstände für Drehstrommotoren hoher Leistung,
z. B. für Fördermaschinen mit 4 MW Nennleistung, verwendet werden, sind sehr große
Schlupfleistungen abzuführen, was eine entsprechend große Bauweise des Anlasserkessels
bedingt. Es ist daher als Material für den Anlasserkessel die Verwendung von oberflächenbehandeltem
Betonvorgesehen. Auf diese Weise ist auch die Fern= gung des Kessels am Aufstellungsort
des Flüssigkeitsanlaßwiderstandes möglich, wodurch die Material-und Transportkosten
erheblich reduzierbar sind.
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Zur Herstellung und Verwendung des Flüssigkeitsanlaßwiderstandes für
ein-, zwei- oder mehr als dreiphasige Wechselströme ist die Anzahl und die symmetrische
Anordnung der Elektroden und Isolierstoffzylinder sinngemäß zu ändkrri.